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La tecnología furtiva , también denominada tecnología de baja observabilidad ( tecnología LO ), es una subdisciplina de tácticas militares y contramedidas electrónicas pasivas y activas , [1] que cubre una variedad de métodos utilizados para fabricar personal, aviones , barcos , submarinos , misiles , satélites y vehículos terrestres menos visibles (idealmente invisibles ) para radares , infrarrojos , [2] sonares y otros métodos de detección. Corresponde al camuflaje militar para estas partes del espectro electromagnético (es decir, camuflaje multiespectral ).
El desarrollo de tecnologías furtivas modernas en los Estados Unidos comenzó en 1958, [3] [4] donde los intentos anteriores de la Unión Soviética de impedir el seguimiento por radar de sus aviones espía U-2 durante la Guerra Fría habían fracasado. [5] Los diseñadores se dedicaron a desarrollar una forma específica para los aviones que tendía a reducir la detección al redirigir las ondas de radiación electromagnética de los radares. [6] También se probó y fabricó material absorbente de radiación para reducir o bloquear las señales de radar que se reflejan en las superficies de las aeronaves. Dichos cambios en la forma y la composición de la superficie comprenden la tecnología furtiva que se utiliza actualmente en el "Stealth Bomber" de Northrop Grumman B-2 Spirit . [4]
El concepto de sigilo es operar u ocultarse sin dar a las fuerzas enemigas ninguna indicación sobre la presencia de fuerzas amigas. Este concepto se exploró por primera vez a través del camuflaje para hacer que la apariencia de un objeto se mezclara con el fondo visual. A medida que ha aumentado la potencia de las tecnologías de detección e interceptación ( radar , búsqueda y seguimiento por infrarrojos , misiles tierra-aire , etc.), también ha aumentado el grado en que el diseño y la operación del personal y los vehículos militares se han visto afectados en respuesta. . Algunos uniformes militares son tratados con productos químicos para reducir su firma infrarroja . Un vehículo furtivo moderno está diseñado desde el principio para tener una firma espectral elegida . El grado de sigilo incorporado en un diseño determinado se elige de acuerdo con las amenazas de detección proyectadas.
El camuflaje para ayudar o evitar la depredación es anterior a la humanidad, y los cazadores han estado usando la vegetación para ocultarse quizás desde que la gente caza. Es imposible determinar cuál fue la primera aplicación del camuflaje en la guerra. Los métodos de ocultación visual en la guerra fueron documentados por Sun Tzu en su libro El arte de la guerra en el siglo V a.C., y por Frontino en su obra Strategemata en el siglo I d.C. [7]
En Inglaterra, las unidades irregulares de guardabosques del siglo XVII fueron las primeras en adoptar colores monótonos (comunes en las unidades irlandesas del siglo XVI) como forma de camuflaje , siguiendo ejemplos del continente.
Durante la Primera Guerra Mundial , los alemanes experimentaron con el uso de Cellon ( acetato de celulosa ), un material de cobertura transparente, en un intento de reducir la visibilidad de los aviones militares. Se cubrieron con Cellon ejemplares individuales del monoplano de combate Fokker E.III Eindecker , el biplano de observación biplaza Albatros CI y el prototipo de bombardero pesado Linke-Hofmann RI . Sin embargo, la luz del sol que brillaba en el material hizo que el avión fuera aún más visible. También se descubrió que Cellon se degrada rápidamente tanto por la luz solar como por los cambios de temperatura durante el vuelo, por lo que cesó el esfuerzo por fabricar aviones transparentes. [8]
En 1916, los británicos modificaron un pequeño dirigible clase SS con el fin de realizar reconocimientos nocturnos sobre las líneas alemanas en el frente occidental . Equipada con un motor silenciado y una bolsa de gas negra, la nave era invisible e inaudible desde tierra, pero varios vuelos nocturnos sobre territorio controlado por los alemanes produjeron poca información útil y la idea se abandonó. [9]
El camuflaje de iluminación difusa , una forma de camuflaje de contrailuminación a bordo de barcos , fue probado por la Marina Real Canadiense de 1941 a 1943. Los estadounidenses y los británicos siguieron el concepto para aviones: en 1945, un Grumman Avenger con luces Yehudi alcanzó los 3.000 metros. (2.700 m) de un barco antes de ser avistado. Esta capacidad quedó obsoleta debido al radar . [10]
La paja se inventó en Gran Bretaña y Alemania a principios de la Segunda Guerra Mundial como un medio para ocultar los aviones del radar. En efecto, la paja actuaba sobre las ondas de radio de la misma manera que una cortina de humo actuaba sobre la luz visible. [11]
El submarino U-480 pudo haber sido el primer submarino furtivo. Presentaba un revestimiento de caucho anecoico , una de las cuales contenía bolsas de aire circulares para anular el sonar ASDIC . [12] La Kriegsmarine utilizó pinturas absorbentes de radar y materiales compuestos de caucho y semiconductores (nombres en clave: Sumpf , Schornsteinfeger ) en los submarinos durante la Segunda Guerra Mundial. Las pruebas demostraron que eran eficaces para reducir las firmas de radar tanto en longitudes de onda cortas (centímetros) como largas (1,5 metros). [13]
En 1956, la CIA inició intentos de reducir la sección transversal del radar (RCS) del avión espía U-2 . Se desarrollaron tres sistemas: Trapecio, una serie de cables y perlas de ferrita alrededor de la planta del avión, un material de cobertura con circuitos de PCB incrustados y pintura absorbente de radar. Estos se implementaron en el campo con las llamadas aves sucias , pero los resultados fueron decepcionantes: los aumentos de peso y resistencia no justificaron ninguna reducción en las tasas de detección. Más exitoso fue aplicar pintura de camuflaje al avión originalmente de metal desnudo; Se descubrió que un azul intenso era más eficaz. El peso de este costaba 250 pies en altitud máxima, pero hacía que el avión fuera más difícil de ver para los interceptores. [14]
En 1958, la Agencia Central de Inteligencia de Estados Unidos solicitó financiación para un avión de reconocimiento que sustituyera a los aviones espía U-2 existentes, [15] y Lockheed obtuvo los derechos contractuales para producirlo. [3] "Kelly" Johnson y su equipo en Skunk Works de Lockheed fueron asignados para producir el A-12 (u OXCART), que operaba a una gran altitud de 70.000 a 80.000 pies y una velocidad de Mach 3,2 para evitar la detección del radar. En prototipos anteriores, denominados A-1 a A-11, se desarrollaron varias formas de aviones diseñadas para reducir la detección del radar. El A-12 incluía una serie de características sigilosas que incluían combustible especial para reducir la firma de la columna de escape, estabilizadores verticales inclinados, el uso de materiales compuestos en ubicaciones clave y el acabado general en pintura absorbente de radar. [14]
En 1960, la USAF redujo la sección transversal del radar de un dron Ryan Q-2C Firebee . Esto se logró mediante pantallas especialmente diseñadas sobre la entrada de aire, material absorbente de radiación en el fuselaje y pintura absorbente de radar. [dieciséis]
El ejército de los Estados Unidos emitió una especificación en 1968 que pedía un avión de observación que fuera acústicamente indetectable desde tierra cuando volara a una altitud de 1.500 pies (457 m) por la noche. Esto resultó en el Lockheed YO-3A Quiet Star , que operó en Vietnam del Sur desde finales de junio de 1970 hasta septiembre de 1971. [17]
Durante la década de 1970 el Departamento de Defensa de Estados Unidos lanzó el proyecto Lockheed Have Blue , con el objetivo de desarrollar un caza furtivo. Hubo una feroz puja entre Lockheed y Northrop para asegurar el contrato multimillonario. Lockheed incorporó a su apuesta un texto escrito por el físico ruso-soviético Piotr Ufimtsev de 1962, titulado Method of Edge Waves in the Physical Theory of Diffraction , Radio Soviética, Moscú, 1962. En 1971 este libro fue traducido al inglés con el mismo título. por la Fuerza Aérea de EE. UU., División de Tecnología Extranjera. [18] La teoría jugó un papel fundamental en el diseño de los aviones furtivos estadounidenses F-117 y B-2. [19] [20] [21] Las ecuaciones descritas en el artículo cuantificaron cómo la forma de un avión afectaría su detectabilidad por radar, denominada sección transversal de radar (RCS). [22] En ese momento, la Unión Soviética no tenía capacidad de supercomputadora para resolver estas ecuaciones para diseños reales. Lockheed aplicó esto en simulación por computadora para diseñar una forma novedosa que llamaron "Hopeless Diamond", un juego de palabras sobre Hope Diamond , asegurando los derechos contractuales para producir el F-117 Nighthawk a partir de 1975. En 1977, Lockheed produjo dos escala del 60%. modelos bajo el contrato Have Blue. El programa Have Blue fue un demostrador de tecnología sigilosa que duró de 1976 a 1979. El Northrop Grumman Tacit Blue también jugó un papel en el desarrollo de materiales compuestos y superficies curvilíneas, observables bajos, vuelo por cable y otras innovaciones tecnológicas sigilosas. El éxito de Have Blue llevó a la Fuerza Aérea a crear el programa Senior Trend que desarrolló el F-117. [23] [24]
La tecnología sigilosa (o LO para baja observabilidad ) no es una sola tecnología. Se trata de un conjunto de tecnologías, utilizadas en combinaciones, que pueden reducir en gran medida las distancias a las que se puede detectar a una persona o un vehículo; más aún reducciones de la sección transversal del radar , pero también aspectos acústicos , térmicos y otros.
Casi desde la invención del radar se han probado diversos métodos para minimizar la detección. El rápido desarrollo del radar durante la Segunda Guerra Mundial condujo al desarrollo igualmente rápido de numerosas medidas contra el radar durante el período; un ejemplo notable de esto fue el uso de paja . Los métodos modernos incluyen la interferencia de radar y el engaño .
El término sigilo en referencia a los aviones con firma de radar reducida se hizo popular a finales de los años ochenta, cuando el caza furtivo Lockheed Martin F-117 se hizo ampliamente conocido. El primer uso a gran escala (y público) del F-117 fue durante la Guerra del Golfo en 1991. Sin embargo, los cazas furtivos F-117A se utilizaron por primera vez en combate durante la Operación Causa Justa , la invasión estadounidense de Panamá en 1989. [25 ]
La posibilidad de diseñar aviones de tal manera que se reduzca su sección transversal de radar se reconoció a finales de la década de 1930, cuando se emplearon los primeros sistemas de seguimiento por radar, y se sabe desde al menos la década de 1960 que la forma de la aeronave marca una diferencia significativa. en detectabilidad. El Avro Vulcan , un bombardero británico de la década de 1960, tenía una apariencia notablemente pequeña en el radar a pesar de su gran tamaño y, en ocasiones, desaparecía por completo de las pantallas de radar. Ahora se sabe que tenía una forma fortuitamente sigilosa a excepción del elemento vertical de la cola. A pesar de haber sido diseñado antes de que se considerara una sección transversal de radar baja (RCS) y otros factores de sigilo, [26] una nota técnica del Royal Aircraft Establishment de 1957 afirmaba que de todos los aviones estudiados hasta ahora, el Vulcan parecía, con diferencia, el más simple. Objeto de eco de radar, debido a su forma: solo uno o dos componentes contribuyen significativamente al eco en cualquier aspecto (uno de ellos es el estabilizador vertical , que es especialmente relevante para RCS de aspecto lateral), en comparación con tres o más en la mayoría de los otros tipos. . [27] [29] Mientras escribían sobre sistemas de radar, los autores Simon Kingsley y Shaun Quegan señalaron que la forma del Vulcano actúa para reducir el RCS. [30] Por el contrario, el bombardero ruso de largo alcance Tupolev 95 ( nombre de informe de la OTAN 'Bear') destacaba en el radar. Ahora se sabe que las hélices y las palas de las turbinas a reacción producen una imagen de radar brillante; [ cita necesaria ] el Oso tiene cuatro pares de hélices contrarrotativas grandes (5,6 metros de diámetro) .
Otro factor importante es la construcción interna. Algunos aviones furtivos tienen una piel que es transparente o absorbente al radar, detrás de la cual hay estructuras denominadas triángulos reentrantes . Las ondas de radar que penetran la piel quedan atrapadas en estas estructuras, reflejándose en las caras internas y perdiendo energía. Este método se utilizó por primera vez en la serie Blackbird: A-12 , YF-12A , Lockheed SR-71 Blackbird .
La forma más eficaz de reflejar las ondas de radar hacia el radar emisor es con placas metálicas ortogonales, formando un reflector de esquina que consta de un diedro (dos placas) o un triédrico (tres placas ortogonales). Esta configuración se produce en la cola de un avión convencional, donde los componentes vertical y horizontal de la cola están dispuestos en ángulo recto. Los aviones furtivos como el F-117 utilizan una disposición diferente, inclinando las superficies de la cola para reducir los reflejos de las esquinas que se forman entre ellas. Un método más radical es omitir la cola, como en el B-2 Spirit . La configuración limpia y de baja resistencia del ala volante del B-2 le otorga un alcance excepcional y reduce su perfil de radar. [31] [32] El diseño del ala volante se parece más a la llamada placa plana infinita (ya que las superficies de control verticales aumentan dramáticamente el RCS), la forma sigilosa perfecta, ya que no tendría ángulos para reflejar las ondas del radar. [33]
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Además de alterar la cola, el diseño furtivo debe enterrar los motores dentro del ala o el fuselaje o, en algunos casos, cuando se aplica el sigilo a un avión existente, instalar deflectores en las tomas de aire, de modo que las palas del compresor no sean visibles para el radar. Una forma sigilosa debe estar libre de protuberancias o protuberancias complejas de cualquier tipo, lo que significa que las armas, los tanques de combustible y otros suministros no deben transportarse externamente. Cualquier vehículo sigiloso deja de ser sigiloso cuando se abre una puerta o escotilla.
La alineación paralela de bordes o incluso superficies también se utiliza a menudo en diseños sigilosos. La técnica implica utilizar una pequeña cantidad de orientaciones de bordes en la forma de la estructura. Por ejemplo, en el F-22A Raptor , los bordes de ataque del ala y los planos de cola están colocados en el mismo ángulo. Otras estructuras más pequeñas, como las puertas de derivación de entrada de aire y la apertura de repostaje de aire , también utilizan los mismos ángulos. El efecto de esto es devolver una señal de radar estrecha en una dirección muy específica lejos del emisor del radar en lugar de devolver una señal difusa detectable en muchos ángulos. El efecto a veces se denomina "brillo" por la muy breve señal que se ve cuando el haz reflejado pasa a través de un detector. Puede resultar difícil para el operador del radar distinguir entre un evento de brillo y un fallo digital en el sistema de procesamiento.
Los fuselajes furtivos a veces muestran estrías distintivas en algunos bordes expuestos, como los puertos del motor. El YF-23 tiene este tipo de estrías en los puertos de escape. Este es otro ejemplo de alineación paralela de características, esta vez en el fuselaje externo.
Los requisitos de forma restaron valor en gran medida a las propiedades aerodinámicas del F-117 . Es inherentemente inestable y no se puede volar sin un sistema de control de vuelo por cable .
De manera similar, recubrir la cubierta de la cabina con una fina película conductora transparente ( oro depositado en vapor u óxido de indio y estaño ) ayuda a reducir el perfil del radar de la aeronave, porque las ondas de radar normalmente entrarían en la cabina y se reflejarían en los objetos (el interior de una cabina tiene un forma compleja, con un casco de piloto por sí solo formando un retorno considerable), y posiblemente regresar al radar, pero el recubrimiento conductor crea una forma controlada que desvía las ondas de radar entrantes lejos del radar. El recubrimiento es lo suficientemente delgado como para no tener efectos adversos en la visión del piloto.
Los barcos también han adoptado métodos similares. Aunque el anterior destructor clase Arleigh Burke incorporó algunas características de reducción de firma. [34] [35] la corbeta noruega clase Skjold fue la primera defensa costera y la fragata francesa clase La Fayette el primer barco furtivo oceánico que entró en servicio. Otros ejemplos son las fragatas holandesas clase De Zeven Provinciën , la corbeta furtiva taiwanesa Tuo Chiang , las fragatas alemanas clase Sachsen , la corbeta sueca clase Visby , el muelle de transporte anfibio USS San Antonio y la mayoría de los diseños de buques de guerra modernos .
Los materiales compuestos dieléctricos son más transparentes al radar, mientras que los materiales conductores de electricidad, como los metales y las fibras de carbono, reflejan la energía electromagnética que incide en la superficie del material. Los compuestos también pueden contener ferritas para optimizar las propiedades dieléctricas y magnéticas de un material para su aplicación.
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Los materiales absorbentes de radiación (RAM), a menudo en forma de pinturas, se utilizan especialmente en los bordes de las superficies metálicas. Si bien el material y el espesor de los recubrimientos de RAM pueden variar, la forma en que funcionan es la misma: absorben la energía radiada desde una estación de radar terrestre o aérea en el recubrimiento y la convierten en calor en lugar de reflejarla. [36] Las tecnologías actuales incluyen compuestos dieléctricos y fibras metálicas que contienen isótopos de ferrita. El revestimiento compuesto cerámico es un nuevo tipo de sistemas de materiales que pueden resistir temperaturas más altas con mejor resistencia a la erosión de la arena y resistencia térmica. [37] La pintura comprende depositar colonias en forma de pirámide en las superficies reflectantes con los espacios llenos de RAM a base de ferrita. La estructura piramidal desvía la energía incidente del radar en el laberinto de RAM. Un material comúnmente utilizado se llama pintura con bolas de hierro . [38] Contiene esferas microscópicas de hierro que resuenan en sintonía con las ondas de radio entrantes y disipan la mayor parte de su energía en forma de calor, dejando poco que reflejar hacia los detectores. Los FSS son estructuras periódicas planas que se comportan como filtros de energía electromagnética. Las superficies selectivas en frecuencia consideradas se componen de elementos de parche conductores pegados a la capa de ferrita. Los FSS se utilizan para filtración y absorción por microondas.
El modelado ofrece muchas menos ventajas de sigilo frente al radar de baja frecuencia . Si la longitud de onda del radar es aproximadamente el doble del tamaño del objetivo, un efecto de resonancia de media onda aún puede generar un retorno significativo. Sin embargo, el radar de baja frecuencia está limitado por la falta de frecuencias disponibles (muchas son muy utilizadas por otros sistemas), por la falta de precisión de los sistemas limitados por difracción dadas sus largas longitudes de onda y por el tamaño del radar, lo que dificulta su transporte. Un radar de onda larga puede detectar un objetivo y localizarlo aproximadamente, pero no proporciona suficiente información para identificarlo, apuntarlo con armas o incluso guiar a un caza hacia él. [39]
Los aviones furtivos intentan minimizar todos los reflejos del radar, pero están diseñados específicamente para evitar reflejar las ondas del radar en la dirección de donde vinieron (ya que en la mayoría de los casos un emisor y un receptor de radar están en la misma ubicación). Son menos capaces de minimizar los reflejos del radar en otras direcciones. Por lo tanto, la detección se puede lograr mejor si los emisores están en ubicaciones diferentes a las de los receptores. Un emisor separado de un receptor se denomina radar biestático ; uno o más emisores separados de más de un receptor se denomina radar multiestático . Existen propuestas para utilizar reflexiones de emisores como transmisores de radio civiles , incluidas torres de radio de telefonía celular . [40]
Según la ley de Moore, la potencia de procesamiento detrás de los sistemas de radar aumenta con el tiempo. Esto eventualmente erosionará la capacidad del sigilo físico para ocultar vehículos. [41] [42]
Los radares de barrido lateral de apertura sintética se pueden utilizar para detectar la ubicación y el rumbo de los barcos a partir de sus patrones de estela. [43] Estos son detectables desde la órbita. [44] Cuando un barco se mueve a través de una mar alta, arroja una nube de rocío que puede ser detectada por el radar. [45]
El sigilo acústico juega un papel primordial para los submarinos y vehículos terrestres. Los submarinos utilizan extensos soportes de goma para aislar, amortiguar y evitar ruidos mecánicos que pueden revelar ubicaciones de los conjuntos de sonares pasivos submarinos .
Los primeros aviones de observación furtivos utilizaban hélices de giro lento para evitar ser escuchados por las tropas enemigas que se encontraban debajo. Los aviones furtivos que permanecen subsónicos pueden evitar ser rastreados por una explosión sónica . La presencia de aviones furtivos supersónicos y propulsados por reactores, como el SR-71 Blackbird, indica que la firma acústica no siempre es un factor importante en el diseño de aviones, ya que el Blackbird dependía más de su altísima velocidad y altitud.
Un método para reducir el ruido del rotor de un helicóptero es el espaciado modulado de las palas . [46] Las palas del rotor estándar están espaciadas uniformemente y producen mayor ruido a una frecuencia determinada y sus armónicos . El uso de espacios variados entre las palas distribuye el ruido o la firma acústica del rotor en un mayor rango de frecuencias. [47]
La tecnología más sencilla es el camuflaje visual ; el uso de pintura u otros materiales para colorear y romper las líneas de un vehículo o persona.
La mayoría de los aviones furtivos utilizan pintura mate y colores oscuros, y operan sólo de noche. Últimamente, el interés por la luz diurna Stealth (especialmente por parte de la USAF) ha enfatizado el uso de pintura gris en esquemas disruptivos , y se supone que las luces Yehudi podrían usarse en el futuro para ocultar la estructura del avión (contra el fondo del cielo, incluso en Por la noche, los aviones de cualquier color aparecen oscuros [48] ) o como una especie de camuflaje activo. El diseño original del B-2 tenía tanques en las alas para una sustancia química inhibidora de las estelas , supuestamente ácido clorofluorosulfónico, [49] pero esto fue reemplazado en el diseño final por un sensor de estelas que alerta al piloto cuando debe cambiar de altitud [50 ] y la planificación de la misión también considera altitudes donde se minimiza la probabilidad de su formación.
En el espacio, se pueden emplear superficies espejadas para reflejar vistas del espacio vacío hacia observadores conocidos o sospechosos; Este enfoque es compatible con varios esquemas de sigilo de radar. Es esencial un control cuidadoso de la orientación del satélite en relación con los observadores, y los errores pueden conducir a una mejora de la detectabilidad en lugar de la reducción deseada.
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Una columna de escape aporta una importante firma infrarroja. Una forma de reducir la firma IR es tener un tubo de escape no circular (con forma de hendidura) para minimizar el área de la sección transversal del escape y maximizar la mezcla del escape caliente con el aire ambiente frío (ver Lockheed F-117 Nighthawk ). A menudo, se inyecta deliberadamente aire frío en el flujo de escape para impulsar este proceso (ver Ryan AQM-91 Firefly y Northrop Grumman B-2 Spirit ). La ley de Stefan-Boltzmann muestra cómo esto da como resultado que se libere menos energía ( radiación térmica en el espectro infrarrojo) y, por lo tanto, se reduce la firma de calor. En algunos aviones, el escape del jet se ventila por encima de la superficie del ala para protegerlo de los observadores que se encuentran debajo, como en el Lockheed F-117 Nighthawk y el poco sigiloso Fairchild Republic A-10 Thunderbolt II . Para lograr el sigilo infrarrojo , los gases de escape se enfrían a temperaturas en las que las longitudes de onda más brillantes que irradia son absorbidas por el dióxido de carbono atmosférico y el vapor de agua , lo que reduce en gran medida la visibilidad infrarroja de la columna de escape. [51] Otra forma de reducir la temperatura de escape es hacer circular fluidos refrigerantes , como combustible, dentro del tubo de escape, donde los tanques de combustible sirven como disipadores de calor enfriados por el flujo de aire a lo largo de las alas. [ cita necesaria ]
El combate terrestre incluye el uso de sensores infrarrojos tanto activos como pasivos. Por lo tanto, el documento de requisitos para uniformes de combate terrestre del Cuerpo de Marines de los Estados Unidos (USMC) especifica estándares de calidad reflectantes en infrarrojos. [52]
Además de reducir las emisiones infrarrojas y acústicas, un vehículo furtivo debe evitar irradiar cualquier otra energía detectable, como la de los radares a bordo, los sistemas de comunicaciones o las fugas de RF de los recintos electrónicos. El F-117 utiliza sistemas de sensores de televisión infrarrojos pasivos y de bajo nivel de luz para apuntar sus armas y el F-22 Raptor tiene un radar LPI avanzado que puede iluminar aviones enemigos sin activar una respuesta del receptor de advertencia de radar .
El tamaño de la imagen de un objetivo en el radar se mide mediante la sección transversal del radar (RCS), a menudo representada por el símbolo σ y expresada en metros cuadrados. Esto no es igual al área geométrica. Una esfera perfectamente conductora con un área de sección transversal proyectada de 1 m 2 (es decir, un diámetro de 1,13 m) tendrá una RCS de 1 m 2 . Tenga en cuenta que para longitudes de onda de radar mucho menores que el diámetro de la esfera, RCS es independiente de la frecuencia. Por el contrario, una placa plana cuadrada de 1 m 2 de área tendrá un RCS de σ=4π A 2 / λ 2 (donde A = área, λ = longitud de onda), o 13.982 m 2 a 10 GHz si el radar es perpendicular a la placa plana. superficie. [53] En ángulos de incidencia fuera de lo normal , la energía se refleja lejos del receptor, lo que reduce el RCS. Se dice que los aviones furtivos modernos tienen un RCS comparable al de los pájaros pequeños o los insectos grandes, [54] aunque esto varía mucho según el avión y el radar.
Si el RCS estuviera directamente relacionado con el área de la sección transversal del objetivo, la única forma de reducirlo sería hacer el perfil físico más pequeño. Más bien, al reflejar gran parte de la radiación o al absorberla, el objetivo logra una sección transversal de radar más pequeña. [55]
Los aviones de ataque furtivos, como el Lockheed F-117 Nighthawk , se suelen utilizar contra sitios enemigos fuertemente defendidos, como centros de mando y control o baterías de misiles tierra-aire (SAM). Los radares enemigos cubrirán el espacio aéreo alrededor de estos sitios con una cobertura superpuesta, haciendo casi imposible la entrada sin ser detectada por aviones convencionales. También se pueden detectar aviones furtivos, pero sólo a corta distancia alrededor de los radares; Para un avión furtivo existen lagunas sustanciales en la cobertura del radar. De este modo, un avión furtivo que vuele por una ruta adecuada puede pasar desapercibido para el radar. Incluso si se detecta un avión furtivo, los radares de control de fuego que operan en las bandas C , X y Ku no pueden pintar (para guía de misiles) aviones de baja observabilidad (LO), excepto a distancias muy cortas. [56] Muchos radares terrestres explotan el filtro Doppler para mejorar la sensibilidad a objetos que tienen un componente de velocidad radial en relación con el radar. Los planificadores de misiones utilizan su conocimiento de las ubicaciones de los radares enemigos y el patrón RCS de la aeronave para diseñar una trayectoria de vuelo que minimice la velocidad radial al tiempo que presenta los aspectos de RCS más bajo de la aeronave al radar de amenaza. Para poder volar estas rutas "seguras", es necesario comprender la cobertura del radar del enemigo (ver inteligencia electrónica ). Los sistemas de radar móviles o aerotransportados, como los de control y alerta temprana aerotransportados (AEW&C, AWACS), pueden complicar la estrategia táctica para una operación sigilosa.
Después de la invención de las metasuperficies electromagnéticas , los medios convencionales para reducir la RCS se han mejorado significativamente. [57] [58] [59] Como se mencionó anteriormente, el objetivo principal en la configuración del propósito es redirigir las ondas dispersadas lejos de la dirección retrodispersada, que generalmente es la fuente. Sin embargo, esto suele comprometer el rendimiento aerodinámico . [60] Una solución factible, que se ha explorado ampliamente en los últimos tiempos, es utilizar metasuperficies que puedan redirigir ondas dispersas sin alterar la geometría de un objetivo. [57] [58] [59] Estas metasuperficies se pueden clasificar principalmente en dos categorías: (i) metasuperficies de tablero de ajedrez, (ii) metasuperficies de índice de gradiente. De manera similar, los metamateriales de índice negativo son estructuras artificiales para las cuales el índice de refracción tiene un valor negativo para algún rango de frecuencia, como en microondas, infrarrojos o posiblemente óptico. [61] Estos ofrecen otra forma de reducir la detectabilidad y pueden proporcionar casi invisibilidad electromagnética en longitudes de onda diseñadas.
El sigilo del plasma es un fenómeno propuesto para utilizar gas ionizado, denominado plasma , para reducir el RCS de los vehículos. Las interacciones entre la radiación electromagnética y el gas ionizado se han estudiado ampliamente para muchos propósitos, incluido ocultar vehículos del radar. Varios métodos pueden formar una capa o nube de plasma alrededor de un vehículo para desviar o absorber el radar, desde descargas láser electrostáticas más simples hasta descargas láser de radiofrecuencia (RF) más complejas, pero pueden resultar difíciles en la práctica. [62]
Existen varios esfuerzos de investigación y desarrollo de tecnología para integrar las funciones de los sistemas de control de vuelo de las aeronaves, como alerones , elevadores , elevones , flaps y flaperones en las alas para realizar el propósito aerodinámico con las ventajas de un RCS más bajo para sigilo, a través de geometrías más simples y menor complejidad. (mecánicamente más simple, menos o ninguna pieza o superficie móvil, menos mantenimiento) y menor masa, costo (hasta un 50% menos), arrastre (hasta un 15% menos durante el uso) e inercia (para una respuesta de control más rápida y fuerte a los cambios). cambiar la orientación del vehículo para reducir la detección). Dos enfoques prometedores son las alas flexibles y los fluidos.
En las alas flexibles, gran parte o la totalidad de la superficie del ala puede cambiar de forma en vuelo para desviar el flujo de aire. Las alas adaptables son un esfuerzo militar y comercial. [63] [64] [65] El ala aeroelástica activa X-53 fue un esfuerzo de la Fuerza Aérea de EE. UU., Boeing y la NASA .
En fluídica , se está investigando la inyección de fluidos en flujos de aire para su uso en aviones para controlar la dirección, de dos maneras: control de circulación y vectorización de empuje. En ambos, las piezas mecánicas más grandes y complejas se reemplazan por sistemas fluídicos más pequeños, más simples y de menor masa, en los que las fuerzas más grandes en los fluidos se desvían mediante chorros o flujos de fluido más pequeños de manera intermitente, para cambiar la dirección de los vehículos. Las superficies de control mecánico que deben moverse forman una parte importante de la sección transversal del radar de los aviones. [66] [67] [68] Omitir las superficies de control mecánico puede reducir los retornos del radar. [68] [69] [70] A partir de 2023 [actualizar], se sabe que al menos dos países están investigando el control de fluidos. En Gran Bretaña, BAE Systems ha probado dos aviones no tripulados controlados por fluidos, uno a partir de 2010 llamado Demon , [69] [68] y otro a partir de 2017 llamado MAGMA, con la Universidad de Manchester . [70] En Estados Unidos, el programa de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa ( DARPA ) denominado Control de Aviones Revolucionarios con Nuevos Efectores (CRANE) busca "... diseñar, construir y probar en vuelo un novedoso avión X que incorpore activos control de flujo (AFC) como consideración principal de diseño... En 2023, el avión recibió su designación oficial como X-65". [71] [72] En el invierno de 2024, comenzó la construcción en la filial de Boeing , Aurora Flight Sciences . [73] En el verano de 2025 comenzarán las pruebas de vuelo. [73]
En el control de circulación, cerca de los bordes de salida de las alas, los sistemas de control de vuelo de los aviones se sustituyen por ranuras que emiten flujos de fluido. [74] [75] [76]
Los buques de la Armada de todo el mundo han incorporado funciones de reducción de firmas, principalmente con el propósito de reducir el alcance de detección de misiles antibuque y mejorar la efectividad de las contramedidas en lugar de evitar la detección real. Estos barcos incluyen:
